C++设计模式 - 模板模式

一：概述

        模板方法（Template Method）是一种行为型设计模式。它定义了一个算法的基本框架，并且可能是《设计模式：可复用面向对象软件的基础》一书中最常用的设计模式之一。

        模板方法的核心思想很容易理解。我们需要定义一个包含多个固定步骤的算法框架。具体的实现类只能重写这些步骤，但不能改变整体框架。这些步骤通常被称为钩子方法（hook methods）。

 二：设计思想

• 定义一个包含多个典型步骤的算法框架。
• 子类可以调整这些步骤，但不能改变整体框架。

三：使用场景

• 需要使用算法的不同版本。
• 这些算法版本由相似的步骤组成。

四：模式结构

AbstractClass（抽象类）

• 定义算法的结构，由多个步骤组成。
• 算法的步骤可以是虚函数或纯虚函数。

ConcreteClass（具体类）

• 根据需要重写算法的特定步骤。

五：代码示例

#include <iostream>// 抽象基类，定义模板方法
class Meal {
public:// 模板方法，final 关键字确保子类不能重写该方法void prepareMeal() {  boilWater();              // 步骤 1：烧水cook();                   // 步骤 2：烹饪，子类需要实现serve();                  // 步骤 3：上菜}virtual ~Meal() = default;private:void boilWater() {                // 步骤 1：烧水，所有餐食共享的步骤std::cout << "Boiling water\n";}virtual void cook() = 0;          // 步骤 2：烹饪，子类必须实现virtual void serve() = 0;         // 步骤 3：上菜，子类必须实现
};// 具体子类：制作汤
class Soup : public Meal {
private:void cook() override {            // 实现具体的烹饪步骤std::cout << "Cooking soup\n";}void serve() override {           // 实现具体的上菜步骤std::cout << "Serving soup\n";}
};// 具体子类：制作沙拉
class Salad : public Meal {
private:void cook() override {            // 实现具体的烹饪步骤std::cout << "Preparing salad\n";}void serve() override {           // 实现具体的上菜步骤std::cout << "Serving salad\n";}
};int main() {std::cout << "Preparing meal of Soup:\n";Meal* meal = new Soup();meal->prepareMeal();              // 调用模板方法，自动完成一系列步骤delete meal;std::cout << "\nPreparing meal of Salad:\n";meal = new Salad();meal->prepareMeal();              // 调用模板方法，自动完成一系列步骤delete meal;return 0;
}

六：相关模式

      模板方法模式和策略模式的使用场景非常相似。两者都允许提供算法的不同变体。模板方法模式通过子类化在类级别上实现，而策略模式通过对象组合在对象级别上实现。策略模式将不同的策略作为对象提供，因此可以在运行时交换策略。模板方法模式倒置了控制流，遵循好莱坞原则：“别找我们，我们来找你”。策略模式通常是一个黑盒，它允许你在不需要了解其细节的情况下替换策略。

七：优缺点

 优点

• 通过创建新的子类，新的算法变体易于实现。
• 算法中的共同步骤可以直接在接口类中实现。

缺点

• 即使是算法的小变体，也需要创建一个新的类，这可能导致创建许多小类。
• 算法框架是固定的，无法更改；不过，你可以通过将框架函数设为虚函数来克服这一限制。

参考：

1. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%A1%E6%9D%BF%E6%96%B9%E6%B3%95

2. The Template Method – MC++ BLOG